高速公路改擴建工程平縱線形設計張麗娟

摘要：本文結合某高速公路改擴建工程實際，通過設計中采用的平縱面擬合方法的闡述及運用分析，提出了相關控制原則，為設計者在公路改建設計中提供設計思路。

關鍵詞：平；縱斷；多圓復合曲線

1、概述

某高速公路為某省會城市環城高速，功能極為重要。隨著城市的快速發展以及該高速公路的交通流量日益增加以及該高速自身在高速公路網中作用、功能的變化，客觀上要求對該高速進行徹底擴建。

改擴建工程設計成功與否離不開項目與周邊規劃的有機融合，更離不開優秀的平縱面設計工作。

2、平面設計

對于高速公路改擴建項目，平面設計的主要工作是對原道路的平面擬合設計，并在此基礎上結合擬合后的平面以及事故黑點分析，對現有平面提出平面是否需要進行優化。本項目擬合后個別路段指標不滿足120km/h要求，因項目所處地理位置的影響，平面指標調整工程代價巨大，經過多方比選論證，將設計時速由120 km/h調整為100km/h，基本維持既有道路平面設計。

2.1理論依據

目前國家尚未發布關于公路平面擬合精度要求，本項目結合行業擴建項目控制原則以及《公路路線設計細則》（尚未發布）中有關規定，對于一般路基段落平面擬合誤差控制不大于20厘米，對于明橋（涵）等構造物誤差控制不大于10厘米。對于個別路段難以全部滿足上述要求時，抓住主要矛盾，即控制構造物、互通區的擬合精度，個別曲線路段適當放寬，以保證擬合線形的連續性。

2.2控制因素

平面擬合設計一般以橋梁、隧道、互通立交等為主要控制因素，本項目位于平原區，控制主要因素是橋梁和互通立交。

2.3擬合方法

設計對中央分給帶兩側邊緣點進行測量，測點間距不大于20米，對于個別路段每10米或5米，通過設計軟件進行擬合，擬合結果參考原路竣工圖紙并對比1：1000地形圖進行校核。

公路平面線形主要由直線和曲線組成，平面擬合采用的線形必然離不開直線、曲線。本項目在平面線形擬合中主要采用最小二乘法及多圓復曲線擬合法，對于長大圓曲線采用單圓難以擬合時，采用了多圓復合曲線線形。擬合時首先用測量的平面點數據擬合出直線和圓弧，然后在直線和圓弧間反復試增設緩和曲線，直至緩和曲線段的平面擬合誤差滿足規定要求。

2.4平面擬合結果

經過以程序為主、手工干預為輔的擬合手段，高速公路平面擬合統計分析結果是正負誤差分布情況基本上呈現正態分布，具體情況是實測有效數據中94.7%的點位擬合誤差小于0.1m，點位誤差絕對值不滿足擬合原則的僅占比0.5%，說明該高速公路平面擬合精度控制非常好，擬合手段有效。

3、縱斷面設計

高速公路改擴建項目中縱斷面擬合至關重要，縱段擬合的優劣影響工程造價及施工難度。優秀、合理的縱斷面擬合，既能充分利用既有工程，降低工程造價，又能有效加快項目施工周期，降低施工難度。

3.1理論依據及原則

縱斷面擬合標準同平面擬合一樣，均無明確規定。本項目采用目前設計上常用的按左、右路幅分別控制擬合，以有利用原路面結構層的直接加鋪的路段為主要控制，盡量做到“寧填勿挖”。縱面擬合的設計誤差控制超挖不大于1厘米，最大填高不大于3厘米，對于明橋（涵）等造物控制誤差為0～3厘米。

3.2擬合方法

縱斷面擬合設計中根據高速公路中央分隔帶邊緣線的測量高程數據、橫斷數據以及橋面散點高程數據作為基礎數據進行縱坡擬合。擬合原則是以不宜臺高的明橋（涵）構造物為主要控制點，橋頭采用順坡方式進行擬合?？v面線形擬合以實測數據為基礎先擬合出直坡段，然后在直坡段間增設豎曲線。

3.2.1一般路段縱斷面擬合

傳統的縱斷面擬合只采用左右幅原設計高出地面高程作為基礎擬合地面高進行縱斷面擬合。本項目在縱斷面擬合中充分考慮橫坡狀態，形成“面”擬合，充分貫徹“寧填勿挖，嚴格控制最小填高”的原則，降低工程實施難度及造價。具體步驟如下：

（1）根據實測數據擬合橫坡

根據實測的逐樁橫斷面數據，分別計算斷面左、右幅的橫坡值。但因施工、路面病害維修等諸多因素，路面橫坡具有一定的離散型，故此根據路線單元分段進行統計分析，結合平面條件，在滿足超高及路線規范的前提下，合理選用具有代表性的橫坡數據。

（2）計算橫斷最佳控制高程

根據控制的最小加鋪厚度以及擬合橫坡在橫斷面中的輔助線，逐一計算出左、右線路面在不銑刨情況下的最高點高程，此高程即為最佳控制高程。

（3）推算縱斷面地面線

根據最小加鋪厚度、最佳的控制高程以及其在橫斷面中的相對位置等因素，在此基礎上結合橫坡，推求縱斷面設計線位置的的地面線數據，并將其作為縱斷面擬合的依據。

（4）左右幅縱段對比調整

采用軟件自動擬合后的左右幅縱段要進行相同點位的高程對比，對比原則是控制相同點位高差不宜過大，原則上按不大于15厘米為宜，如超出需結合左右幅的精度情況進行調整。

3.2.2特殊路段的縱斷面擬合

特殊路段中比較典型的是長、大橋梁路段。如長大橋梁路段粗放的采用常規曲線進行擬合勢必造成大量點位鋪裝厚度增加或變薄，而橋梁橋面鋪過厚增加結構荷載，過薄又給降低了結構使用壽命、增加施工難度。故此，設計采用了連續、流暢的“高次拋物線方程”法對其擬合。

3.2.3擬合路段誤差分析

統計結果表明：正負誤差分布情況基本呈現正態分布，具體情況是實測數據有91.12%的控制點位誤差在0.05米以下，控制點誤差絕對值大于0.1米的僅占1.81%，說明該高速公路縱斷面擬合精度控制非常好，擬合手段有效。

3.2.4 縱斷面調整

原高速公路的路面結構強度滿足規范要求，為降低工程造價，路面結構方案基本上是在局部病害處理后在進行加鋪。但對于該高速一類的擴建項目，因項目距離城市較近，難免因項目周邊的快速發展和城市的遠期規劃要求，對于制約城市發展的路段進行必要的增設通行構筑物或者抬高縱段設計。

本項目多處縱斷面進行了較大調整，雖然增加了一定的工程造價，但是充分體現了公路全方位服務設計的理念，為營造和諧社會，順利推動項目實施奠定了基礎。

4、本次設計的不足

（1）高速公路過境的重載車輛占比較高，造成局部段落橫向出現凹陷，設計測量階段考慮測量通行要就及測量安全對于路面僅進行四點測量，對于凹槽部分測量精度不足，造成路面加鋪量存在一定誤差。

（2）路面設計中未能充分考慮施工期保通期間造成單幅通行壓力過大而造成的路面病害加劇，致使路面處置費用增加。

5、優化思路

（1）采用先進的技術手段，提高數據采集精度。結合現有國內改擴建經驗及現有的測量、設計軟件，可采用先進的車載激光測量結合數字模型，采用先進的數據計算分析系統，提高縱斷面擬合精度，進一步減少路面加鋪工程數量，從而達到降低工程數量。

（2）做好施工期交通組織并以此為依據，推演路面病害發展性狀，做好路面病害預防性設計。

6、結束語

“細節決定成敗”在高速公路改擴建的平縱擬合設計中體現得淋漓盡致，通過先進的數據采集手段，優秀的擬合軟件和具有極度富有責任心的優秀設計者，一定能設計出超一流的擴建工程。

參考文獻：

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[3]沈蘇平等.談公路平縱組合的靈活性.湖南交通科技，2005

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